﻿#pragma once
#pragma once
//red black
enum Colour
{
	RED,
	BLACK
};

template<class T>
struct RBTreeNode {
	T _data;
	RBTreeNode<T>* _left = nullptr;
	RBTreeNode<T>* _right = nullptr;
	RBTreeNode<T>* _parent = nullptr;
	Colour _col;
	RBTreeNode(const T& data)
		:_col(RED),_data(data)
	{}//自己走初始化列表即可
};

template<class T,class Ref,class Ptr>
struct RBTreeIterator
{//迭代器必须实现operator*，operator->，==，！=
	typedef RBTreeNode<T> Node;
	typedef RBTreeIterator<T,Ref,Ptr> Self;
	Node* _node;//成员变量
	Node* _root;//传递根是为了迭代器减减的时候使用
	RBTreeIterator(Node* node,Node* root)//迭代器封装指针可以不用写析构，红黑树留给自己去析构，而且本身就是浅拷贝，不需要实现深拷贝
		:_node(node),_root(root)
	{}

	Ref operator* ()
	{
		return _node->_data;
	}

	Ptr operator->()
	{
		return &_node->_data;
	}

	Self& operator++()
	{//总体分为向上和向下的逻辑，注意我们的判断条件一直都是右子树是否存在
		//1:当前结点的右不为空，向下逻辑
		if (_node->_right)
		{
			//下一个节点是中序第一个，即右子树的最左结点
			Node* minLeft = _node->_right;
			while (minLeft->_left)
			{
				minLeft = minLeft->_left;
			}
			_node = minLeft;
		}
		else {//右为空，下一个结点是这个结点的祖先，且孩子是父亲的左孩子，因为中序是左根右，孩子是父亲的右孩子，说明我遍历完了，我的父亲也遍历完了, 此时应该执行向上逻辑
			Node* cur = _node;
			Node* parent = cur->_parent;
			//小心此时都到根结点了，parent为空，注意是需要判断一下的
			//此时cur都走到根了，整棵树都遍历完了，nullptr给_node,nullptr作为End()
			while (parent && parent->_right == cur)
			{
				cur = parent;
				parent = parent->_parent;
			}
			_node = parent;
		}
		return *this;//直接使用隐式类型转换，使用Iterator来构造这一个迭代器
	}

	Self& operator--()//注意肯定是_node来进行比较，因为我来找下一个迭代器只用看局部，不用看全局，依靠左根右来找局部即可
	{
		//第一次需要特殊处理一下，因为可能end()的迭代器--需要到达红黑树的最右结点
		if (_node == nullptr)//end(),此时迭代器就是end()
		{
			//--end()时，需要到达最右结点
			Node* mostRight = _root;//此时小心有可能根是空指针
			while (mostRight && mostRight->_right)
			{
				mostRight = mostRight->_right;
			}
			_node = mostRight;
		}
		else if (_node->_left)//迭代器减减的操作与++完全相反，判断是左子树是否为空，过程为右 根 左
		{
			//左子树不为空，左子树的中序遍历最后一个结点(左子树的最右结点)
			Node* mostRight = _node->_left;
			while (mostRight->_right)
			{
				mostRight = mostRight->_right;
			}

			_node = mostRight;
		}
		else {
			//下一个结点是这个结点的祖先，如果孩子是父亲的左子树，孩子遍历完了，父亲也就遍历完了
			Node* cur = _node;
			Node* parent = cur->_parent;
			while (parent && parent->_left == cur)
			{
				cur = parent;
				parent = parent->_parent;
			}
			_node = parent;
		}
		return *this;
	}
	bool operator==(const Self& s)const
	{
		return _node == s._node;
	}
	bool operator!=(const Self& s)const
	{
		return _node != s._node;
	}
};

//第一个参数K是用来处理find，erase的，第二个参数是用来记录结点里面的数据类型的，第三个参数是用来得到结点中的数据类型的
template<class K, class T,class KeyOfT>
class RBTree
{//我们的结点底层操作不要暴露给外面
	typedef RBTreeNode<T> Node;//只有接口可以设置成公有,这里设置成公有是为了测试代码
public:
	//迭代器我可能外面会用，所以需要设置成公有
	typedef RBTreeIterator<T,T&,T*> Iterator;//底层我都用大写
	//通过控制operator*和operator->的返回值来控制一下
	typedef RBTreeIterator<T,const T&, const T*> Const_Iterator;//底层我都用大写
	Iterator Begin()
	{
		Node* minLeft = _root;
		while (minLeft && minLeft->_left)
		{
			minLeft = minLeft->_left;
		}
		return Iterator(minLeft,_root);//这个位置一定要传递一个根结点，为operator--所用
	}
	Iterator End()
	{
		return Iterator(nullptr,_root);//这个位置一定要传递一个根结点，为operator--所用
	}
	Const_Iterator Begin()const
	{
		Node* minLeft = _root;
		while (minLeft && minLeft->_left)
		{
			minLeft = minLeft->_left;
		}
		return Const_Iterator(minLeft, _root);//这个位置一定要传递一个根结点，为operator--所用
	}
	Const_Iterator End()const
	{
		return Const_Iterator(nullptr, _root);//这个位置一定要传递一个根结点，为operator--所用
	}
	void Inorder()
	{
		_Inorder(_root);
		cout << endl;
	}
	int Size()
	{
		return _Size(_root);
	}
	Iterator Find(const K& key)//查找结点,第一个模版参数是为了find准备的，find肯定只能够查找key，总不能查找一个pair吧
	{
		KeyOfT kot;
		Node* cur = _root;
		while (cur)
		{
			if (kot(cur->_data) < key)
			{
				cur = cur->_right;
			}
			else if (kot(cur->_data) > key)
			{
				cur = cur->_left;
			}
			else
			{
				return Iterator(cur,_root);
			}
		}
		return Iterator(nullptr,_root);//End()
	}
	int Height()
	{
		return _Height(_root);
	}
	//说明:验证是否是红黑树的话，如果我们遍历到了红色结点，不要去找该结点的孩子，因为孩子有很多种情况，此时是红结点，说明一定有父亲，我们去找这个红色结点的父亲即可
	bool IsBalanceTree()
	{
		if (_root == nullptr) return true;
		if (_root->_col == RED) return false;//规则一：根结点必须是黑色
		//设立一个参考标准
		int refNum = 0;
		Node* cur = _root;
		while (cur)
		{
			if (cur->_col == BLACK) refNum++;

			cur = cur->_left;
		}
		return check(_root, 0, refNum);//因为我要统计当我们遍历到某个结点后，这条路径上有几个黑色结点，为了不改变结点结构，所以我们多传递一个参数
	}
	pair<Iterator,bool> Insert(const T& data)//思路其实跟二叉搜索树那里是差不多的
	{
		if (_root == nullptr)
		{
			_root = new Node(data);
			_root->_col = BLACK;//根结点是黑色的
			return {Iterator(_root,_root),true};//第一个参数是插入成功迭代器指向的位置，第二个是固定的_root,是为了operator--
		}
		KeyOfT kot;
		Node* parent = nullptr;
		Node* cur = _root;
		while (cur)
		{
			if (kot(data) < kot(cur->_data))
			{
				parent = cur;
				cur = cur->_left;
			}
			else if (kot(data) > kot(cur->_data))
			{
				parent = cur;
				cur = cur->_right;
			}
			else {
				return {Iterator(cur,_root),false};//这个key先前已经存在过了，迭代器指向这个key
			}
		}
		//找到合适的位置，此时需要链接结点
		//新插入的红色结点
		cur = new Node(data);
		Node* newnode = cur;//因为接下来key可能会更新，因为更新红色结点和黑色结点，但是我需要的是指向新插入位置的迭代器，这个是不能向上更新的
		cur->_col = RED;
		//if (parent->_left == cur)
		//{
		//	parent->_left = cur;
		//}
		//else {
		//	parent->_right = cur;
		//}//感觉这样写也是可以的,感觉也是行得通的
		if (kot(data) < kot(parent->_data))
		{
			parent->_left = cur;
		}
		else {
			parent->_right = cur;
		}
		cur->_parent = parent;

		while (parent && parent->_col == RED)//此时父亲存在且是红色的话，才会进入处理
		{
			Node* grandfather = parent->_parent;
			if (grandfather->_left == parent)
			{
				Node* uncle = grandfather->_right;

				//叔叔存在且为红,只有单旋就可以了，此时cur一定是新增
				if (uncle && uncle->_col == RED)
				{
					parent->_col = uncle->_col = BLACK;
					grandfather->_col = RED;
					//继续向上处理
					cur = grandfather;
					parent = cur->_parent;
				}//这种情况的话根本不用旋转，所以不用考虑cur，parent，grandfather的相对位置
				else {//1：叔叔不存在或  2：叔叔存在且为黑，此时cur一定不是新增
					//此时需要旋转+变色，涉及旋转，所以是需要考虑单旋还是双旋,是需要考虑cur，parent，grandfather的相对顺序的
					//     g
					//   p   u
					//c         右单旋模型
					if (cur == parent->_left)
					{
						RotateR(grandfather);
						parent->_col = BLACK;
						grandfather->_col = RED;
					}
					else if (cur == parent->_right)//左边高的右边高，双旋模型
					{
						//     g
						//   p   u
						//     c      双旋模型
						RotateL(parent);
						RotateR(grandfather);
						cur->_col = BLACK;
						grandfather->_col = RED;
					}
					break;//因为单旋是将parent和grandfather颜色交换，在这一子树中，并没有改变每一条路径上的黑结点
					//而且旋转之后的新树根结点已经是黑色的了，所以直接可以break，不可能再出现连续的红结点了
				}
			}
			else //grandfather->_right == parent
			{
				Node* uncle = grandfather->_left;

				//叔叔存在且为红,只有单旋就可以了，此时cur一定是新增
				if (uncle && uncle->_col == RED)
				{
					parent->_col = uncle->_col = BLACK;
					grandfather->_col = RED;
					//继续向上处理
					cur = grandfather;
					parent = cur->_parent;
				}//这种情况的话根本不用旋转，所以不用考虑cur，parent，grandfather的相对位置
				else {//1：叔叔不存在或  2：叔叔存在且为黑，此时cur一定不是新增
					//此时需要旋转+变色，涉及旋转，所以是需要考虑单旋还是双旋
					//     g
					//   u   p
					//         c 左单旋模型
					if (cur == parent->_right)
					{
						RotateL(grandfather);
						parent->_col = BLACK;
						grandfather->_col = RED;
					}
					else if (cur == parent->_left)//右边高的左边高，双旋模型
					{
						//     g
						//   u   p
						//     c      双旋模型
						RotateR(parent);
						RotateL(grandfather);
						cur->_col = BLACK;
						grandfather->_col = RED;
					}
					break;//因为单旋是将parent和grandfather颜色交换，在这一子树中，并没有改变每一条路径上的黑结点
					//而且旋转之后的新树根结点已经是黑色的了，所以直接可以break，不可能再出现连续的红结点了
				}
			}
		}
		_root->_col = BLACK;
		return {Iterator(newnode,_root),true};
	}

private:
	int _Size(Node* root)//类似于求二叉树结点的个数
	{
		return root == nullptr ? 0 : 1 + _Size(root->_left) + _Size(root->_right);
	}
	int _Height(Node* root)
	{
		if (root == nullptr)
			return 0;
		int leftHeight = _Height(root->_left);
		int rightHeight = _Height(root->_right);
		return leftHeight > rightHeight ? leftHeight + 1 : rightHeight + 1;
	}
	void _Inorder(Node* root)
	{
		if (root == nullptr)
		{
			return;
		}
		_Inorder(root->_left);
		cout << root->_kv.first << " ";//里面的成员变量是pair
		_Inorder(root->_right);
	}
	void RotateR(Node* parent)
	{//需要改变三个结点，但是改变结点就需要改变parent指针
		Node* subL = parent->_left;
		Node* subLR = subL->_right;
		parent->_left = subLR;
		if (subLR)//防止subLR此时为空的情况所以这个时候需要来判断，防止对空结点的解引用
			subLR->_parent = parent;
		Node* ppnode = parent->_parent;//因为我下面的parent的_parent已经被修改了，但是我有需要来链接新的根节点，所以此时我需要先记录一下
		subL->_right = parent;
		parent->_parent = subL;

		if (parent == _root)//为什么是这样判断呢？因为一开始我改变的一直都是parent结点中的成员变量，没有改变parent的指向，即没有出现parent=谁谁谁
		{
			_root = subL;//subL作为新的根
			subL->_parent = nullptr;
		}
		else {
			if (ppnode->_left == parent)
			{
				ppnode->_left = subL;//链接新的子树
				subL->_parent = ppnode;//修改新的子树_parent的指向
			}
			else {
				ppnode->_right = subL;//链接新的子树
				subL->_parent = ppnode;//修改新的子树_parent的指向
			}
		}
	}
	void RotateL(Node* parent)
	{
		Node* subR = parent->_right;
		Node* subRL = subR->_left;
		parent->_right = subRL;
		if (subRL)
			subRL->_parent = parent;
		Node* ppnode = parent->_parent;
		subR->_left = parent;
		parent->_parent = subR;
		if (parent == _root)
		{
			_root = subR;
			subR->_parent = nullptr;
		}
		else {
			if (ppnode->_left == parent)
			{
				ppnode->_left = subR;
				subR->_parent = ppnode;
			}
			else {
				ppnode->_right = subR;
				subR->_parent = ppnode;
			}
		}
	}
	bool check(Node* root, int blackNum, int refNum)
	{
		if (root == nullptr)
		{//遍历到空结点，表示这条路径走完了
			if (blackNum != refNum)
			{
				cout << "参考路径黑色结点的值与该路径不同" << endl;
				return false;
			}
			return true;
		}
		if (root->_col == RED)
		{// 检查孩⼦不太⽅便，因为孩⼦有两个，且不⼀定存在，反过来检查⽗亲就⽅便多了
			if (root->_parent->_col == RED)
			{
				cout << "存在两个连续的红结点" << endl;
				return false;//存在两个连续的红结点
			}
		}
		if (root->_col == BLACK)
		{
			blackNum++;
		}
		return check(root->_left, blackNum, refNum) && check(root->_right, blackNum, refNum);
	}
private:
	Node* _root = nullptr;
};
